高效罗茨水环真空泵组在空冷机组的应用

李方春，樊仰平，白志刚

（1.山西瑞光热电有限责任公司，山西 榆次 030600；2. 国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

0 引言

凝汽器是电站汽轮机辅助设备中的一个主要部分，抽真空系统的功能是将凝汽器中的不凝结气体抽出。目前采用的抽真空设备主要是射水抽气器和水环真空泵，在300 MW以上的大型机组中普遍采用了水环真空泵，其在运行中普遍存在能耗大、效率低、选型偏大、维护成本高、极限真空低、受工作水温影响大等问题[1-2]，为此有必要进行相关改造来保证真空系统的安全、经济、高效运行。

1 设备现况

山西瑞光热电有限责任公司2台300 MW机组冷却系统均采用直接空冷技术，每台机组抽真空设备均配置3台100%容量的水环式真空泵，正常运行方式为一运二备，冬季低负荷和真空严密性较差时运行方式为为两运一备。其铭牌参数如下：型号，2BW4353；抽速，89.0 m3/min；额定工况抽气量，74 kg/h；抽吸压力，3.3～101.3 kPa（工作液水温在15℃时，绝压）；电机额定功率，160 kW。

2 存在的问题

2台机组经供热改造后，冬季汽轮机排汽背压一般都在20 kPa以上，非供暖季汽轮机背压基本都在12 kPa左右。因此水环真空泵的裕量太大，存在很大的节能空间。同时由于直接空冷机组长期高背压运行，吸入真空泵的大部分都是蒸汽，而且温度较高，使得水环泵工作液温度大幅升高，水环泵的抽气性能急剧下降80%以上，使得空冷器中的不凝结气体不能被及时抽出，影响机组真空。同时真空泵长期运行在高背压工况，抽气效率极低，叶轮汽蚀、噪音大等，影响了机组的经济性和安全运行。

3 节能改造方案

针对目前机组抽真空系统存在的上述问题，为了在保证系统安全、稳定运行的前提下降低真空泵能耗，提出了一种采用高效罗茨水环抽真空泵组的改造方案。

3.1 系统方案

实施改造时在原抽真空系统中的抽真空母管上串入前置冷却器、并入1套高效抽真空泵组，高效抽真空泵组由1台罗茨真空泵、1台级间冷凝器和1台小水环真空泵组成。运行时所抽吸的蒸汽和不凝结气体先经过1台前置冷却器将大部分蒸汽凝结，凝结水自流到排汽装置，剩余的气体经罗茨真空泵增压后进入级间冷凝器再次冷却后，部分水蒸汽凝结，不凝气体及少量剩余水蒸汽经1台小功率水环真空泵排出。高效罗茨水环抽真空泵组的改造系统如图1所示（虚线内为改造时增加的部分）。

图1 高效罗茨水环抽真空泵组改造系统图

3.2 抽气量核算

汽气混合物体积流量计算公式为

式中：PG——凝汽器空冷区空气分压力=凝汽器背压-混合物温度下水蒸汽分压力，kPa；

Vmin——汽气混合物体积流量，m3/h；

MG——泄漏空气质量流量，kg/h；

RG——空气常数，为0.287 kJ/（kg·K）；

Tmin——混合物绝对温度，K。

按照设计的干空气抽吸量计算不同背压下罗茨真空泵及水环真空泵体积抽空气量。泵组冷凝器的排气压力按罗茨真空泵入口压力增加10 kPa，冷却水温度为30℃，冷凝器排汽温度为35℃（冬季按冷却水温度为25℃，冷凝器排汽温度为30℃），计算结果见表1和表2。

表1 罗茨真空泵选用核算表

表2 水环泵选用核算表

根据计算结果空冷背压8 kPa时选用罗茨真空泵抽气量，必须大于3459.6 m3/h，对应水环真空泵抽气量必须大于474 m3/h，才能抽出漏入真空系统的74 kg/h空气。因此，本次改造选用了最大抽气量为4320 m3/h的罗茨真空泵和最大抽气量为600 m3/h水环真空泵。

3.3 可靠性分析

a） 改造时原有的3台水环真空泵仍然保留，不影响原系统的安全可靠运行。

b） 机组启动时原有的3台水环真空泵按原运行方式投入运行，仍满足机组快速抽吸的需求。

c） 机组正常运行时由高效抽真空泵组维持真空，实现真空泵的一运三备，提高了系统的安全可靠性。

d） 高效罗茨水环真空泵组抽吸的极限真空值小于500 Pa，大大低于原有水环真空泵的极限真空值 （3300 Pa）。

e） 高效抽真空泵组的罗茨真空泵为干式真空泵，抽气速率不受工作液水温的影响。

3.4 运行方式分析

高效抽真空泵组可根据空冷凝汽器背压情况，通过变频器选择罗茨真空泵运行转速。在空冷凝汽器的背压偏低时，罗茨真空泵高速运行抽吸空冷凝汽器逆流区的不凝结气体，进入级间冷凝器冷却，凝结水和未凝结的气体进入小水环真空泵入口，由小功率水环真空泵排大气。在空冷凝汽器的背压偏高时，罗茨真空泵低速运行，空冷凝汽器逆流区的不凝气体经旁路门进入级间冷凝器冷凝后，经小功率水环真空泵排大气。

4 改造效果

两台机组在检修期间成功进行了抽真空系统改造，经调试高效罗茨水环抽真空泵组投入正常运行后在不同负荷下总电流维持在37～70 A之间，而原水环真空泵的电流约220 A，节电率可达68%～83%。

5 结束语

综上所述，山西瑞光热电有限责任公司针对抽真空系统运行中存在的问题，提出了进行高效罗茨水环抽真空泵组改造的措施。两台机组改造后节能效果明显，系统运行稳定，减少了工质损失，解决了抽气效率低，叶轮汽蚀、噪音大等问题，提高了设备可靠性，保证了机组的安全经济运行。